10 חברות מחשוב שאינן סיליקון המובילות

מסיליקון לצורות חדשות של מחשוב

תעשיית המחשוב נולדה כאשר מכשירים מכניים החלו לבצע חישוב שהיה, עד אז, שמור למוח האנושי. אבל עם צינורות ואקום, ומאוחר יותר, טרנזיסטורים התחילו ליצור מחשבים אמיתיים.

המהפכה הבאה הייתה שבבי המחשב מסיליקון, עם צפיפות טרנזיסטורים הולכת וגדלה לכוח חישוב הולך וגדל.

מקור: Mobile First

נכון לעכשיו, תעשיית המוליכים למחצה מתנסה במערכות חזקות יותר ויותר ליצירת שבבים בטווח של 5 ננומטר ואפילו 2 ננומטר. זה מקרב אותנו יותר ויותר לבעיה, שכן, בשלב מסוים, שימוש בטרנזיסטורי סיליקון קטנים יותר ויותר לא יהיה אפשרי יותר.

אטום אחד של סיליקון הוא גבול תיאורטי, אבל בעיות הנדסיות מעשיות כנראה יגרמו לזה לקרות לפני הסף הזה.

אז, האם כוח המחשוב יפסיק להתקדם מכאן? כנראה שלא.

עם זאת, הפתרון יהיה לבצע חישוב תוך שימוש בעקרונות חדשים לחלוטין. למעשה ישנן דרכים פוטנציאליות רבות לבצע מחשוב מבלי להסתמך על טרנזיסטורי סיליקון. אנחנו יכולים להסתכל על הרעיונות המבטיחים ביותר מבלי להיכנס לפרטים הטכניים.

מוליכים למחצה שאינם סיליקון

מוליך למחצה הוא חומר בעל יכולת לעבור בין מוליך (מעביר זרם חשמלי, יוצר נתון "1" בבינארי) או מבודד (חוסם זרם חשמלי, יוצר נתוני "0" בבינארי).

סיליקון היה החומר הנבחר ליצירת שבבי מוליכים למחצה, אך שפע חלופות נבדקות כעת. כל חומר המציג את המאפיין הנקרא band gap יכול להיות מועמד טוב.

מקור: חינוך לאנרגיה

ונדיום דו חמצני

במשך זמן רב, ונדיום דו חמצני נתפס כאופציה טובה להחליף סיליקון. הסיבה לכך היא שהיא עוברת תופעה המכונה "עובר מעברי מתכת-מבודד", אשר לוקחת רק טריליון של שנייה.

מהירות המעבר ממתכת-מבודד צריכה לאפשר אלקטרוניקה מהירה וקטנה יותר בהשוואה לאלקטרוניקה קלאסית מבוססת סיליקון.

מחקרים אחרונים הצליחו לחקור ונדיום דו חמצני שהופקד על מצע של טיטניום דו חמצני.

הם גם גילו שטיטניום דו חמצני יכול להיות גם מוליך למחצה. גילוי זה יכול לאפשר יצירת שבבים נוירומורפיים שיוכלו ללמוד ברמת החומרה, תוך קבלת השראה מהמוח של מערכות חיות עם נוירונים.

הודות למעבר המבודד-למתכת המהיר מאוד, ניתן להשתמש בוונדיום דו-חמצני עם מצע פעיל של טיטניום דו-חמצני ליצירת מתנדים דוקרניים דמויי נוירון מסוגל לשכפל ברמת החומרה נוירונים ביולוגיים.

גרפן

מועמד טוב נוסף הוא גרפן, חומר דו מימדי עם מוליכות חשמלית גבוהה במיוחד. זה אפילו מוליך-על פוטנציאלי ו"חומר פלא" שתכונותיו עדיין מתגלות בזמן אמת.

אתה יכול לקרוא עוד על המאמצים המוצלחים הראשונים אי פעם להפוך גרפן לחומר מוליכים למחצה במאמר שלנו "מוליכים למחצה גרפן - האם הם סוף סוף כאן?"

חומרים אורגניים

על פי תגלית לאחרונה, ניתן לאלץ חומר אורגני ליצור מבנה דו-ממדי הדומה לגרפן. זה יכול להפוך אותם למוליכים במיוחד כמו גרפן, תוך שהם מציגים באופן טבעי תכונות מוליכים למחצה, בניגוד לגרפן שצריך "להכריח לעשות זאת".

תוכל ללמוד עוד על אפשרות זו ב"האם מוליכים למחצה אורגניים יכולים לשלב את היתרונות של גרפן וסיליקון?"

אופטימיזציה של צריכת החשמל של מוליכים למחצה

בעיה בשימוש בטרנזיסטורים מהירים וקטנים יותר היא צריכת החשמל הגוברת.

חלופה יכולה להיות שימוש בטכניקה הנקראת "שער חיזור". זה מסתמך יותר על תגובה כימית (חיזור) ויכול להפחית באופן דרסטי את דרישת החשמל.

אם מחיר המחשוב יתחיל לעלות מעלויות חשמל יותר מהשבבים עצמם, זהו פתרון שאולי נראה מיושם גם כן. חקרנו את החדשות האחרונות בנושא זה ב"Redox Gating יכול להוביל לרמות חדשות של יעילות בתחום האלקטרוניקה הזעירה".

פוטוניקה

חומרים מוליכים למחצה חלופיים מנסים להחליף סיליקון. אבל מה אם המחשוב נעשה ללא שימוש באלקטרונים, טרנזיסטורים ומוליכים למחצה?

זהו הרעיון של פוטוניקה, המחפש לבצע מחשוב ישירות עם אור.

אור הוא הדבר המהיר ביותר ביקום, כך שהוא יכול להיות מהיר יותר בסדרי גודל ממחשוב מבוסס סיליקון ומוליכים למחצה.

בפועל, פוטוניקה עדיין עשויה לכלול סיליקון אבל יכול גם להסתמך על גבישים.

בשל אופיו הגלי של האור, תכנון פוטוניקה מסתמך על עקומות ועקרונות תכנון ייחודיים (ועדיין לא בשלים מבחינה טכנולוגית) השונים מאלה המשמשים עבור מוליכים למחצה.

מקור: תַקצִיר

מחשוב קוונטי

מחשוב יכול להתבצע גם על ידי מדידת זרם חשמלי, אלא מצב קוונטי של חלקיקים.

במקום ליצור 0 ו-1 (ללא זרם או זרם), הוא משתמש ב"סיביות קוונטיות", הנקראות קיוביטים, כאשר נתוני החלקיקים הם 0 ו-1 בבת אחת, או 1 או 0.

בגלל ההבדל המהותי בחישוב, מחשוב קוונטי אינו חלופה למחשוב "רגיל" אלא משלים.

מחשוב סטנדרטי עובד באופן ליניארי ונאבק בחישובים מורכבים מאוד, כמו דוגמנות אקלים, קריפטוגרפיה או תצורת תלת-ממד של מולקולות מורכבות כמו חלבונים. וזה בדיוק סוג החישוב שמחשוב קוונטי צפוי להצטיין בו.

אז, למרות שאולי לא מחליפים סיליקון, מחשבים קוונטיים יכולים לבצע משימות טובות יותר שבעבר היו כמעט בלתי אפשריות עבור שבבי סיליקון.

אתה יכול לקרוא עוד על החדשות האחרונות בתחום המחשוב הקוונטי במאמר שלנו "המצב הנוכחי של מחשוב קוונטי".

אורגנואידים ביולוגיים

המוח שלנו הוא בעצם מחשבי-על, לפחות בכל הנוגע לתהליכים כמו זיהוי תבניות, שפה וכו'. ויעיל מאוד בכך, צורך בקושי כמה עשרות וואט.

סטארט-אפ שוויצרי, FinalSpark פיתחה כעת כדור בגודל 0.5 מ"מ (אורגנואידים) העשוי מ-10,000 נוירונים אנושיים. ומשתמש בו כדי לבצע חישוב. השירות אפילו יהיה נגיש דרך הענן.

זהו תחום חדש מאוד, ועדיין לא ברור עד כמה רחוק הוא יגיע. אבל מי יודע, אולי יום אחד המכשירים לנהיגה עצמית שלנו יפעלו על נוירונים במקום על שבבים.

10 המניות המובילות ללא סיליקון

1. תאגיד מכונות עסקיות בינלאומיות

International Business Machines Corporation (IBM) היה הכוח המוביל מאחורי המסחור של מחשב המיינפריים הראשון. עם זאת, הוא ירד בנפח הייצור של ענקיות טכנולוגיה אחרות כמו אפל, TSMC ו-NVIDIA.

עם זאת, הוא נמצא בחזית הפיתוח של מחשבים קוונטיים. לדוגמה, היא פיתחה את המחשב הקוונטי "נשר" בעל 127 קיוביטים, ואחריו מערכת 433 קיוביטים הידועה בשם "Osprey".

וזה עכשיו ואחריו "קונדור", מעבד קוויביט קוונטי בעל מוליכי-על של 1,121 מבוסס על טכנולוגיית שערים צולבים, יחד עם "Heron", מעבד קוונטי ממש בקצה התחום.

IBM מעורבת ברוב החידושים החדשניים האחרים בתחום המחשוב ותעשיית המוליכים למחצה. אלו כוללים הולכת חומרים אורגניים, מחשוב נוירומורפי, פוטוניקס, וכו '

במידה מסוימת, IBM הפכה ל"חברת פטנטים" עם מומחיות בפיתוח שיטות מחשוב חדשות ורישוי לתעשייה.

עד כה, נראה כי הוא נחוש בדעתו להחזיק בכמה שיותר פטנטים מרכזיים בכל שיטות המחשוב שאינן סיליקון שהוא יכול לקבל, משכפל את הצלחתו בעבר כאשר הוא תורם באופן מסיבי לפיתוח תעשיית המוליכים למחצה לענק שהיא כיום.

2. Microsoft Corporation

כבר מובילה בשירותי ענן "רגילים", מיקרוסופט היא חלוצה בהצעת שירותי ענן מחשוב קוונטי עם קוונטית תכולה.

ייתכן בהחלט שרוב המחשוב הקוונטי בעתיד יבוצע "מרחוק", תוך הסתמכות על שירותי ענן כמו אלה של מיקרוסופט, במקום גישה ישירה למחשב קוונטי.

זה סביר במיוחד מכיוון שרוב יישומי המחשוב הקוונטי ייחקרו על ידי ביוכימאים, מומחים למדעי החומר, מדעני אקלים ומומחים אחרים ללא רקע ספציפי במחשוב קוונטי.

לכן ההסתמכות על אנשי מקצוע ייעודיים העובדים בחברות כמו IBM, Microsoft או Google כדי לטפל בחלק המחשוב הגיוני יותר מאשר להעסיק או להכשיר אנשים לא מאומנים לתחום.

הצעות שירות של מיקרוסופט "מחשוב היברידי", ערבוב מחשוב קוונטי עם שירות מחשבי-על מסורתי מבוסס ענן.

מקור: מיקרוסופט

במקום אינטגרציה אנכית, הגישה של מיקרוסופט לחישוב קוונטי הייתה ליצור שותפויות עם מובילים בתחום, המכסות כמעט את כל הטכנולוגיות האפשריות להשגת חישוב קוונטי, כמו... IonQ (IONQ), פסקאל, קוונטיום, QCI (QUBT), ו ריגטי (RGTI).

מקור: מיקרוסופט

גם מיקרוסופט הקים בסוף 2023 שיתוף פעולה עם פוטוני, חברה שעובדת על מיזוג מחשוב קוונטי ופוטוניקה.

למיקרוסופט יש גם עבד על שבבים פוטוניים אנלוגיים לתעשיית הפיננסים.

מחשוב קוונטי אינו מרכזי בעסקיה של מיקרוסופט, לפחות כרגע. למרות זאת, הוא שחקן מרכזי במגזר ועשוי להוות בחירה "בטוחה" יותר של מניות על פני רכישה ישירה של מניות של שותפי מחשוב קוונטי הנסחרים בבורסה, כמו QCI או Rigetti.

3. אלפבית Inc.

גוגל פעילה מאוד במחשוב קוונטי, בעיקר באמצעות מעבדת ה-Google Quantum AI שלה וקמפוס Quantum AI בסנטה ברברה.

מחשב הקוונטים של גוגל עשה היסטוריה בשנת 2019 כאשר גוגל טענה שהשיגה "עליונות קוונטית" בעזרת מכונת Sycamore שלה, וביצעה חישוב ב-200 שניות שהיה לוקח למחשב-על קונבנציונלי 10,000 שנים.

אבל אולי התרומה הגדולה ביותר של גוגל תהיה בתחום התוכנה, פעילות שבה יש לה רקורד טוב בהרבה מאשר חומרה (חיפוש, GSuit, אנדרואיד וכו'). הבינה המלאכותית הקוונטית של גוגל כבר מציעה חבילת תוכנות שנועדו לסייע למדענים בפיתוח אלגוריתמים קוונטיים.

גוגל היא גם א תומך פעיל של חברות פוטוניקה כמו Lightmatter.

סביר להניח שגוגל תהיה אחת החברות שקובעות את הסטנדרטים של תוכנות ותכנות מחשוב קוונטי, מה שנותן מקום מיוחס לכוון לאן התחום יתפתח בעתיד. סביר להניח שפעילות הרשת וה-VC העוצמתית שלה תיתן מקום בכל צורת מחשוב אחרת שאינה מבוססת סיליקון.

4. אינטל

אינטל היא יצרנית שבבים גדולה ונראה שהיא מכוונת למנף את הכוח הזה לזירת המחשוב הקוונטי.

זה שוחרר לאחרונה "Tunnel Falls", "שבב הסיליקון ספין קיוביט המתקדם ביותר". מה שמדהים בו הוא שזה לא אב טיפוס אלא שבב שנבנה בקנה מידה, עם קצב תפוקה של 95% על פני רקיק ואחידות מתח. זה פותח את הדרך לייצור המוני של שבבי מחשוב קוונטי, משהו חמקמק בינתיים בתעשייה המתהווה ומשתנה במהירות.

מקור: אינטל

נאמנה לשורשיה, אינטל מפתחת גם את התוכנה לניצול השבבים שלה, עם שחרורו של ה- Intel Quantum SDKזה מספק את ההנחיה למתכנתים לפתח תוכנה לחישוב קוונטי התואמת לתכנון שבבים קוונטיים של אינטל, אשר היווה היסטורית חפיר עסקי חזק ורווחי מאוד עבור עסקי השבבים הקונבנציונליים של אינטל.

מקור: אינטל

הגעתו של ייצור שבבים קוונטיים ניתנים להרחבה יכולה להיות מהפכנית עבור התעשייה כמו כל פריצת דרך מדעית טכנית אחרת, להוזיל עלויות ולקבוע תקני תכנות וארכיטקטורות שבבים נפוצות.

בסוף 2023 החליטה אינטל למכור את עסקי הפוטוניקה שלה ל Jabil (JBL).

בסך הכל, אינטל מתקדמת במחשוב קוונטי ונראה שיש לה אסטרטגיה ברורה להתמקד בנושא זה מעל פוטוניקה וחלופות אחרות.

5. Nvidia

היצרנית המובילה של כרטיסים גרפיים, ולאחרונה, אסדות כריית מטבעות קריפטוגרפיים ושבבי בינה מלאכותית הפכה כעת באמת מיצרנית חלקי מחשב לאחת מענקיות הטכנולוגיה העולמיות.

Nvidia פעילה גם במרחב המחשוב הקוונטי, עם שלה NVIDIA DGX Quantum שילוב שבבים רגילים ומחשוב קוונטי באמצעות פלטפורמת התוכנה הקוונטית CUDA בקוד פתוח.

מקור: Nvidia

מחפשת לחזק את ההובלה שלה ב-AI, Nvidia גם פרסמה את זה QuantumX-800 עבור רשת מותאמת AI במרכזי נתונים.

כשזה מגיע לפוטוניקה, Nvidia יצרה שותפות עם TSMC וברודקום. זה יראה ליצור מודול יחיד באמצעות אופטיקה ארוזה משותפת (CPO) המשלבת שבבי סיליקון קלאסיים ופוטוניקה.

בסך הכל, הצלחתה של Nvidia קשורה קשר הדוק לפריחה הנוכחית של הבינה המלאכותית, ומחשוב קוונטי ופוטוניקה נמצאים במקום השני. עם זאת, היא תרוויח גם מהצמיחה של מגזרים אלה ונראה שהיא מחזיקה מעמד כדי להישאר במירוץ.

6. קוונטיום / Honeywell

Quantinuum היא תוצאה של מיזוג של Honeywell Quantum Solutions ו-Cambridge Quantum (וכאמור שותפה למחשוב הענן הקוונטי של מיקרוסופט).

נראה ש-Quantinuum, לעת עתה, מתמקדת במקטעים שפחות נחקרו על ידי מערכות מחשוב קוונטי אחרות, בעיקר ניתוחים פיננסיים ושרשרת אספקה, באמצעות מנוע ה-Quantum Monte Carlo Integration (QMCI), שהושק בספטמבר 2023.

QMCI מתייחס לבעיות שאין להן פתרון אנליטי, כגון תמחור נגזרים פיננסיים או הדמיית תוצאות של ניסויים בפיזיקת חלקיקים באנרגיה גבוהה, ומבטיח התקדמות חישובית בעסקים, באנרגיה, בלוגיסטיקה של שרשרת האספקה ​​ובמגזרים אחרים.

כמו מיקרוסופט, מחשוב קוונטי אינו החלק המרכזי בעסקיה של Honeywell, המתמקדים יותר במוצרים בתחומי התעופה והחלל, אוטומציה וכימיקלים וחומרים מיוחדים.

עם זאת, בהתחשב בכל אחד מהמגזרים העסקיים הללו יכול להפיק תועלת ממחשוב קוונטי, לא קשה לראות את המקרה העסקי של Honeywell להיות מעורב.

אז זה הופך את Honeywell גם לספקית של שירותי מחשוב קוונטי וגם לאחת החברות שיכולות להפיק תועלת מהיישום של מחשבים קוונטיים למקרים עסקיים אמיתיים, משהו שהשילוב של Quantinuum בקבוצה אמור לעזור לטפח בקצב מהיר יותר מהתעשייה שלה. מתחרים.

7. סינופסיס

כל מערכת פוטונית תצטרך להיות משולבת בצורה חלקה ככל האפשר עם מערכות סיליקון, לפחות בהתחלה. סינופסיס יכול לעזור בזה.

החברה מומחית בתכנון ואימות סיליקון, כלומר התוכנה שלה משמשת לעיצוב שבבים חדשים, כולל שבבי 5 ננומטר מתקדמים במיוחד ומטה.

החברה מציעה גם תוכנה לפוטוניקה המתוארת כ"זרימת התכנון החלקה היחידה בתעשייה עבור התקנים פוטוניים, מערכות ומעגלים משולבים". זה מאפשר לטפל ב עיצוב ו הדמיה של מכשירי פוטוניקה חדשים.

מקור: תַקצִיר

החברה גם פיתחה מיזם משותף עם רשת ג'וניפר כדי ליצור אור פתוח, חברת פוטוניקה המשתמשת באינדיום פוספיד.

8. רשת ג'וניפר

ג'וניפר טוענת שהיא מציעה את פתרון האלחוט מספר 1 בענן ואת רשת ה-WiFi היחידה המונעת על ידי בינה מלאכותית. זה מציב אותה בתחרות ישירה עם ענקיות וותיקות ומבוססות יותר כמו סיסקו. הטכנולוגיה של ג'וניפר, ג'וניפר מיסט, נטען כי ניתנת להרחבה רבה יותר, גמיש, וטוב יותר בזיהוי אנומליות מאשר ההצעות המקבילות של סיסקו.

פתרונות החברה מסתמכים במידה רבה על בינה מלאכותית, כאשר מנוע הבינה המלאכותית שלה "Marvis" משמש בכל רמות הרשת, מהמשתמש ועד למרכז הנתונים.

מקור: ערער

לגבי אבטחה, ג'וניפר מציגה גם תוצאות יוצאות דופן בחומות אש, הגנה מפני איומים והגנה מפני ניצול, תוך ביצועים טובים יותר מרוב הספקים כמו Fortinet, Palo Alto, Zscaler וכו'.

גם ג'וניפר מציעה מעגלים משולבים פוטוניים (PICs), המשמשים כיום בעיקר להעברת נתונים וחיישנים. הם צפויים להיות חלק בלתי נפרד ממחשבים עתידיים מבוססי פוטוניקה.

מקור: תַקצִיר

9. ריגטי מחשוב בע"מ

ריגטי היא חברת מחשוב קוונטי, "בעלות IP קריטי עבור המעבד מרובה-שבבים פורץ הדרך שלנו והגישה הקוונטית-קלאסית ההיברידית שהפכה לארכיטקטורת המחשוב הקוונטי השלטת.

החברה משלבת את כל השלבים הדרושים למחשוב קוונטי, מתכנון וייצור שבבים ועד לאספקת כוח המחשוב בענן.

מקור: ריגטי

החברה מתמקדת לא כל כך בהוספת קיוביטים רבים ככל האפשר (כפי שעושות ענקיות כמו אינטל) אלא בשכלול המוצר הקיים שלהן ובהשגת רמה גבוהה מאוד של נאמנות ומהירות, מה שהופך אותו למוצר מסחרי אמין יותר.

האיטרציה האחרונה שלה, ה-84-qubit Ankaa-3, צפויה להיחשף במחצית השנייה של 2024. בהתבסס על תפיסת Ankaa, החברה שואפת למערכת 336+ קיוביט בטווח הארוך.

מקור: ריגטי

בדצמבר 2023, ריגטי החלה במכירות של מערכת 9 קיוביטים Novera, "מיני מחשב קוונטי" הנמכר ב"רק" $900,000 ומשלוח של 4-6 שבועות.

הלקוחות הראשונים כללו את מרכז SQMS של Fermilab, מעבדת המחקר של חיל האוויר ומחשוב קוונטי הורייזון.

החברה הודיעה באביב 2024 שתעשה זאת הצטרף לאינדקס ראסל 3000.

10. IPG Photonics

IPG היא יצרנית לייזר המייצרת למעשה את כל סוגי הלייזרים, כולל לייזרים סיבים, דיודות, UV ו-UV עמוקים. עם 6,200 עובדים, היא שולחת 42,000+ מכשירי לייזר בשנה.

ההתמחות שלו היא בלייזרי סיבים, עם רמות דיוק גבוהות ויכולת לבצע פולסי לייזר קצרים כמו פמט שנייה (רבעית השנייה).

לייזרים IPG משמשים כיום עבור:

• יישומים מדעיים מתקדמים (ספקטרוסקופיה, מיקרוסקופיה, אינטרפרומטריה, לכידה אופטית וכו')
• ייצור סוללות ומנועים חשמליים של EVs.
• עיבוד חומרים, במיוחד חיתוך מתכת, גילוף, ניקוי והדפסת תלת מימד בלייזר.
• מיקרו-עיבוד בלייזר, שבו משתמשים בלייזרים ליצירת מבנים קטנים במיוחד.

בעוד התקדמות בשבבי פוטוניקה תידרש ליצירת מחשבים מבוססי פוטוניקה לחלוטין, אנחנו כבר יודעים שזה ישלב הרבה מרכיב ספציפי וכבר נפוץ: לייזרים.

האור עבור מחשוב פוטוני צריך להיות מבוסס על אור יציב מאוד שפולט הלייזר. אז מנהיגים בתעשיית הלייזר, כמו IPG, ייהנו משגשוג בביקוש לייזר מתעשיית המוליכים למחצה שתעבור בהדרגה לפוטוניקה.

ובמקטע המתהווה הזה, ניתן להפוך דחפי לייזר קצרים במיוחד לכוח מחשוב מהיר במיוחד.